JP2000261098A - Self-oscillating type semiconductor laser - Google Patents

Self-oscillating type semiconductor laser

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JP2000261098A
JP2000261098A JP11061476A JP6147699A JP2000261098A JP 2000261098 A JP2000261098 A JP 2000261098A JP 11061476 A JP11061476 A JP 11061476A JP 6147699 A JP6147699 A JP 6147699A JP 2000261098 A JP2000261098 A JP 2000261098A
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Japan
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layer
self
semiconductor laser
type semiconductor
type
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JP11061476A
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Japanese (ja)
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Hiroaki Fujii
宏明 藤井
Kenji Endo
健司 遠藤
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a self-oscillating type semiconductor laser, the saturable absorption layer of which is not affected by carrier overflows and which makes stable self-pulsating operations up to a high temperature. SOLUTION: In a semiconductor laser, having a double heterostructure composed of an n-type clad layer 103, an MQW active layer 105, and a p-type clad layer 106, an n-type saturable absorption layer 104 having a compressive strain, is provided in the n-type clad layer 103. Consequently, such a self- pulsation type semiconductor layer can be realized that can make stable self- oscillating operations up to a high temperature, in a state where the saturable absorption layer 104 is not affected by carrier overflows.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクシステ
ムなどの光源として用いられる半導体レーザに係り、特
に、光ディスクなどからの戻り光に強い自励発振型半導
体レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser used as a light source for an optical disk system or the like, and more particularly to a self-pulsation type semiconductor laser which is strong against return light from an optical disk or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】ディジタルバーサタイルディスク(DV
D),光磁気(MO)ディスクなどの光ディスクシステ
ムの光源としてAlGaInP系の可視光半導体レーザが用い
られる。このような光ディスク用の半導体レーザで重要
になるのがノイズ特性である。特に、出力されたレーザ
光が光ディスク等によって反射されて半導体レーザ自身
へ戻ることにより発生する戻り雑音が重要であり、戻り
光雑音は信号の読み取りエラーの原因になるために、そ
の低減が不可欠となっている。
2. Description of the Related Art Digital versatile discs (DVs)
D) An AlGaInP-based visible light semiconductor laser is used as a light source for an optical disk system such as a magneto-optical (MO) disk. What is important in such semiconductor lasers for optical disks is noise characteristics. In particular, return noise generated when the output laser light is reflected by an optical disk or the like and returned to the semiconductor laser itself is important, and since return light noise causes a signal reading error, its reduction is indispensable. Has become.

【0003】従来、戻り光雑音に強い半導体レーザとし
て自励発振型半導体レーザが知られている。特に、リッ
ジ導波路の両脇の活性層を可飽和吸収領域とする構造や
共振器方向に可飽和吸収領域を設ける構造などが低ノイ
ズ化対策として提案されている。
Conventionally, a self-pulsation type semiconductor laser has been known as a semiconductor laser resistant to return light noise. In particular, a structure in which the active layers on both sides of the ridge waveguide have a saturable absorption region and a structure in which a saturable absorption region is provided in the resonator direction have been proposed as measures to reduce noise.

【0004】更に、高温で安定した自励発振動作を得る
ことを目的とした半導体レーザが特開平10−2566
42号公報に開示されている。この半導体レーザでは、
可飽和吸収層の吸収波長に対する光吸収係数の変化率
が、活性層からの発振波長近傍において実質的に飽和す
るように活性層の材料と可飽和吸収層の材料とが選択さ
れ、安定した自励発振を達成しようとするものである。
Further, a semiconductor laser aimed at obtaining a stable self-sustained pulsation operation at a high temperature is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2566.
No. 42 discloses this. In this semiconductor laser,
The material of the active layer and the material of the saturable absorption layer are selected such that the rate of change of the light absorption coefficient with respect to the absorption wavelength of the saturable absorption layer is substantially saturated near the oscillation wavelength from the active layer. It is intended to achieve the excitation oscillation.

【0005】また、他の従来例として、活性層近傍のp
クラッド層中に発振光のエネルギーに近いバンドギャッ
プを有する可飽和吸収層を設けた、製作上の制御性が高
く非点収差の小さい自励発振型半導体レーザが、第58
回応用物理学会学術講演会講演予稿集(1997年10
月、第3分冊1126頁)や、I.Kidoguchi, H.Adachi,
S.Kamiyama, T.Fukuhisa, M.Mannoh, and A.Takamor
i:“Low-Noise 650-nm-Band AlGaInP Visible Laser D
iodes with a Highly Doped Saturable Absorbing Laye
r”(IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 33,
No. 5, pp. 831-837, MAY 1997)に掲載されている。
[0005] As another conventional example, the p in the vicinity of the active layer is reduced.
A self-pulsation type semiconductor laser having high controllability in manufacturing and small astigmatism, having a saturable absorption layer having a band gap close to the energy of oscillation light in a cladding layer, is described in Japanese Patent Application Publication No.
Proceedings of the Japan Society of Applied Physics (October 1997
Mon., 3rd volume, 1126), I. Kidoguchi, H. Adachi,
S.Kamiyama, T.Fukuhisa, M.Mannoh, and A.Takamor
i: “Low-Noise 650-nm-Band AlGaInP Visible Laser D
iodes with a Highly Doped Saturable Absorbing Laye
r ”(IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 33,
No. 5, pp. 831-837, MAY 1997).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
10−256642号公報に開示された半導体レーザ
は、要求される仕様に応じて、その都度、活性層の材料
と可飽和吸収層の材料との組合せを選択しなければなら
ない。そのため、要求仕様を満足する材料の組合せが存
在しない場合があり、設計製作上の大きな制約となる。
However, the semiconductor laser disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-256,642 has a problem in that the material of the active layer and the material of the saturable absorption layer are changed each time according to the required specifications. You must select a combination. Therefore, there is a case where there is no material combination that satisfies the required specifications, which is a great limitation in designing and manufacturing.

【0007】また、光ディスクシステムは、一般に、6
0℃以上(車載用では70〜80℃程度)の温度領域ま
で動作保証が要望されている。活性層近傍のpクラッド
層中に可飽和吸収層を設けた自励発振型半導体レーザ
は、60℃程度の温度まで自励発振を維持することが報
告されているが、それより高い温度領域(80℃程度)
まで自励発振を維持することが難しい。即ち、AlGaInP
系の半導体レーザでは、活性層とpクラッド層との間の
ヘテロ障壁が小さく、高温では活性層からのキャリアオ
ーバーフローが顕著となる。このため、高温で活性層か
らオーバーフローした電子が、pクラッド層中にある可
飽和吸収層に大量に流れ込み蓄積する。その結果、可飽
和吸収層が、発振光に対して透明な、常に飽和した状態
となり、高温において自励発振動作を維持することが困
難になる。
[0007] In general, an optical disk system generally has 6
Operation guarantee is required up to a temperature range of 0 ° C. or more (about 70 to 80 ° C. for a vehicle). It has been reported that a self-pulsation type semiconductor laser provided with a saturable absorption layer in a p-cladding layer near an active layer maintains self-pulsation up to a temperature of about 60 ° C. About 80 ℃)
It is difficult to maintain self-sustained pulsation until. That is, AlGaInP
In a system-based semiconductor laser, the hetero barrier between the active layer and the p-cladding layer is small, and carrier overflow from the active layer becomes significant at high temperatures. Therefore, a large amount of electrons overflowing from the active layer at a high temperature flow into the saturable absorption layer in the p-cladding layer and accumulate. As a result, the saturable absorbing layer becomes transparent and always saturated with respect to the oscillating light, and it becomes difficult to maintain the self-excited oscillating operation at a high temperature.

【0008】本発明は、可飽和吸収層がキャリアオーバ
ーフローの影響を受けず、高温まで安定な自励発振動作
をする自励発振型半導体レーザを提供することを目的と
する。
An object of the present invention is to provide a self-pulsation type semiconductor laser in which a saturable absorption layer is not affected by carrier overflow and performs stable self-pulsation operation up to a high temperature.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明による自励発振型
半導体レーザは、基板上に、少なくともn型クラッド
層、活性層、及びp型クラッド層からなるダブルへテロ
構造が積層形成された自励発振型半導体レーザであっ
て、前記n型クラッド層中にn型半導体からなり圧縮歪
みを有する可飽和吸収層を設けたことを特徴とする。n
型クラッド層中にn型半導体からなる可飽和吸収層を設
けたことにより、n型クラッド層側のヘテロ障壁がp型
クラッド層側よりも大きくなり、キャリアオーバーフロ
ーの影響を受けにくくなる。これにより、高温まで安定
した自励発振動作を得ることができる。また、可飽和吸
収層が圧縮歪みを有することにより、少数キャリアの状
態密度を低減させ、可飽和を更に起こし易くして高温ま
で安定した自励発振動作を得ることができる。
According to the present invention, there is provided a self-pulsation type semiconductor laser in which a double hetero structure comprising at least an n-type cladding layer, an active layer and a p-type cladding layer is formed on a substrate. An excited oscillation type semiconductor laser, characterized in that a saturable absorbing layer made of an n-type semiconductor and having a compressive strain is provided in the n-type cladding layer. n
By providing the saturable absorption layer made of the n-type semiconductor in the type clad layer, the hetero barrier on the side of the n-type clad layer becomes larger than that on the side of the p-type clad layer, and is less affected by carrier overflow. This makes it possible to obtain a stable self-excited oscillation operation up to a high temperature. In addition, since the saturable absorbing layer has a compressive strain, the state density of minority carriers can be reduced, saturability can be further easily caused, and a stable self-excited oscillation operation up to a high temperature can be obtained.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図1は、本発明による自励発振型
半導体レーザの第一実施形態を示す模式的斜視図であ
る。本実施形態は、以下説明するように、MOVPE法(Met
al Organic Vaper Phase Epitaxial growth system:有
機金属気相エピタキシャル成長法)による3回の結晶成
長で製作される。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a first embodiment of a self-pulsation type semiconductor laser according to the present invention. This embodiment uses the MOVPE method (Met
al Organic Vaper Phase Epitaxial growth system (organic metal vapor phase epitaxy).

【0011】まず、第1回目のMOVPE法による結晶成長
工程で、(115)A方位((001)から[110]方向へ15.8度
オフ)のn-GaAs基板101上に次の各層を順次積層形成
する。すなわち、図1に示すように、0.3μm厚のn-
GaAsバッファ層102、1.0μm厚のn-AlGaInPクラ
ッド層103a、n-AlGaInP可飽和吸収層104、0.
15μm厚のn-AlGaInPクラッド層103b、MQW(Multi
ple Quantum Well:多重量子井戸)活性層105、0.
25μm厚のp-AlGaInPクラッド層106、5nm厚のp
-GaInPエッチングストッパ層107、0.95μm厚の
p-AlGaInPクラッド層109、10nm厚のp-GaInPへテ
ロバッファ層110、及び0.3μm厚のp-GaAsキャッ
プ層111がこの順に積層される。
First, in the first crystal growth step by the MOVPE method, the following layers are formed on an n-GaAs substrate 101 having a (115) A orientation (15.8 degrees off from (001) to [110] direction). The layers are sequentially formed. That is, as shown in FIG.
GaAs buffer layer 102, 1.0 μm thick n-AlGaInP cladding layer 103a, n-AlGaInP saturable absorption layer 104,.
A 15 μm thick n-AlGaInP cladding layer 103b, MQW (Multi
ple Quantum Well) The active layers 105, 0.
25 μm thick p-AlGaInP cladding layer 106, 5 nm thick p
-GaInP etching stopper layer 107, 0.95 μm thick
A p-AlGaInP clad layer 109, a 10 nm thick p-GaInP heterobuffer layer 110, and a 0.3 μm thick p-GaAs cap layer 111 are stacked in this order.

【0012】ここで、MQW活性層105は、例えば、5
nm厚、+0.5圧縮歪みを有するGaInP井戸層と4n
m厚のAlGaInPバリア層とから構成される。
Here, the MQW active layer 105 is formed of, for example, 5
GaInP well layer with nm thickness, +0.5 compressive strain and 4n
m of AlGaInP barrier layer.

【0013】また、n-AlGaInP可飽和吸収層104のバ
ンドギャップはレーザ発振光のエネルギーとほぼ同等
か、レーザ発振光のエネルギーよりも小さく設定する。
n-AlGaInP可飽和吸収層104は、可飽和吸収となる井
戸層と井戸層への光閉じ込めを高めるためのガイド層と
から構成してもよい。井戸層には圧縮歪みが印加される
が、その圧縮歪み量は臨界膜厚以内であるとする。一例
として、井戸層は、5nm厚、+0.9圧縮歪みのn-Ga
InPから構成される。ガイド層は、例えば、50nm厚のn
-AlGaInPから構成される。
The band gap of the n-AlGaInP saturable absorption layer 104 is set to be substantially equal to the energy of the laser oscillation light or smaller than the energy of the laser oscillation light.
The n-AlGaInP saturable absorption layer 104 may be composed of a well layer that becomes saturable absorption and a guide layer for enhancing light confinement in the well layer. Compressive strain is applied to the well layer, and the amount of compressive strain is assumed to be within the critical film thickness. As an example, the well layer is made of n-Ga having a thickness of 5 nm and a compressive strain of +0.9.
Consists of InP. The guide layer is, for example, a 50 nm thick n.
-It is composed of AlGaInP.

【0014】続いて、誘電体マスクを用いてメサストラ
イプ状のリッジ構造をエッチングにより形成し、その
後、前記誘電体マスクを用いた選択成長法(2回目の結
晶成長工程)により、メサストライプ外のクラッド層上
に1.0μm厚のn-GaAs電流ブロック層108を形成す
る。
Subsequently, a mesa stripe-shaped ridge structure is formed by etching using a dielectric mask, and thereafter, a selective growth method (second crystal growth step) using the dielectric mask is used to form a ridge structure outside the mesa stripe. An n-GaAs current blocking layer 108 having a thickness of 1.0 μm is formed on the cladding layer.

【0015】そして最後に、前記誘電体を除去し、3回
目の結晶成長工程で、全面に3.0μm厚のp-GaAsコン
タクト層112を形成し成長を終える。その後、裏面研
磨、n電極114及びp電極113を形成する電極工程
を経てレーザを製作する。なお、レーザ構造は、3回目
の結晶成長工程を省いた2回成長型でもよい。
Finally, the dielectric is removed, and in the third crystal growth step, a p-GaAs contact layer 112 having a thickness of 3.0 μm is formed on the entire surface to complete the growth. Thereafter, a laser is manufactured through backside polishing and an electrode process for forming the n-electrode 114 and the p-electrode 113. The laser structure may be a double growth type in which the third crystal growth step is omitted.

【0016】以上の工程で作成した自励発振型半導体レ
ーザは、n-AlGaInPクラッド層103a及び103bに
挟まれてn-AlGaInP可飽和吸収層104を有する。この
ため、MQW活性層105とn-AlGaInPクラッド層103b
との間のヘテロ障壁がMQW活性層105とp-AlGaInP
クラッド層106との間のヘテロ障壁よりも大きくな
る。具体的には、n-AlGaInPクラッド層103b側のヘ
テロ障壁:p-AlGaInPクラッド層106側のヘテロ障壁
=6:4である。更に、MQW活性層105内での少数
キャリアであるホールの有効質量が電子に比べて数倍大
きく、状態密度が大きいため、MQW活性層105内での
ホールが高エネルギー領域まで分布しない。これらの理
由により、高温でもMQW活性層105からn-AlGaInP可飽
和吸収層104へのキャリアの流入が抑制されオーバー
フローが起こりにくくなる。
The self-sustained pulsation type semiconductor laser produced by the above-described process has an n-AlGaInP saturable absorption layer 104 sandwiched between n-AlGaInP cladding layers 103a and 103b. Therefore, the MQW active layer 105 and the n-AlGaInP cladding layer 103b
Between the MQW active layer 105 and p-AlGaInP
It is larger than the hetero barrier between the cladding layer 106. Specifically, the hetero barrier on the n-AlGaInP cladding layer 103b side: the hetero barrier on the p-AlGaInP cladding layer 106 side = 6: 4. Further, since the effective mass of holes, which are minority carriers, in the MQW active layer 105 is several times larger than the electrons and the state density is large, the holes in the MQW active layer 105 do not distribute to a high energy region. For these reasons, even at a high temperature, the flow of carriers from the MQW active layer 105 to the n-AlGaInP saturable absorption layer 104 is suppressed, and overflow does not easily occur.

【0017】また、自励発振を起こりやすくするために
は、n-AlGaInP可飽和吸収層104での少数キャリアに
対する状態密度を低減し、発振光の吸収による可飽和を
起こりやすくする必要がある。しかし、可飽和吸収層で
の少数キャリアであるホールの有効質量が電子に比べて
数倍大きく、高エネルギまでホールが分布しにくいため
に可飽和になりにくい。この問題を回避するために、n-
AlGaInP可飽和吸収層104には圧縮歪みが印加され
る。これにより、エネルギーバンド構造が変化し、少数
キャリアであるホールの状態密度が小さくなり、ホール
が高エネルギー領域まで分布する。かつ、n-AlGaInP可
飽和吸収層104のバンドギャップはレーザ発振光のエ
ネルギーとほぼ同等か、レーザ発振光のエネルギーより
も小さいため、発振光の吸収による可飽和が起こり易く
なっている。
In order to facilitate self-sustained pulsation, it is necessary to reduce the state density of minority carriers in the n-AlGaInP saturable absorber layer 104 to facilitate saturable absorption of oscillation light. However, the effective mass of holes, which are minority carriers, in the saturable absorption layer is several times larger than that of electrons, and the holes are difficult to be distributed to high energies, so that saturability is difficult. To avoid this problem, n-
A compressive strain is applied to the AlGaInP saturable absorption layer 104. As a result, the energy band structure is changed, the density of states of holes as minority carriers is reduced, and holes are distributed to a high energy region. In addition, the band gap of the n-AlGaInP saturable absorption layer 104 is substantially equal to or smaller than the energy of the laser oscillation light, so that saturability due to the absorption of the oscillation light easily occurs.

【0018】このように、n-AlGaInPクラッド層103
中にn-AlGaInP可飽和吸収層104を設けた構成であっ
ても十分に自励発振が起こりやすくなり、キャリアオー
バーフローの影響を受けず、製作上の制御性が高く、且
つ高温領域まで安定な自励発振が可能な自励発振型半導
体レーザを得ることができる。具体的には、発振波長6
50nm帯において、90℃まで自励発振を維持するこ
とが可能であり、実用化可能なAlGaInP系自励発振型半
導体レーザが得られた。
As described above, the n-AlGaInP cladding layer 103
Even in the configuration in which the n-AlGaInP saturable absorption layer 104 is provided, self-sustained pulsation easily occurs easily, is not affected by carrier overflow, has high controllability in manufacturing, and is stable up to a high temperature region. A self-pulsation type semiconductor laser capable of self-pulsation can be obtained. Specifically, the oscillation wavelength 6
In the 50 nm band, self-sustained pulsation can be maintained up to 90 ° C., and a practically available AlGaInP-based self-sustained pulsation semiconductor laser was obtained.

【0019】図2は、本発明による自励発振型半導体レ
ーザの第二実施形態を示す模式的斜視図である。第二実
施形態の自励発振型半導体レーザは、第一実施形態と同
じダブルへテロ構造を有しており、同一材料及び同一機
能を有する層には同一参照番号を付して説明は省略す
る。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a second embodiment of the self-pulsation type semiconductor laser according to the present invention. The self-pulsation type semiconductor laser according to the second embodiment has the same double heterostructure as the first embodiment, and the same reference numerals are given to the same materials and layers having the same functions, and description thereof is omitted. .

【0020】第二実施形態が第一実施形態と異なる点
は、電流ブロック層の構成である。第二実施形態では、
図1のn-GaAs電流ブロック層108が0.3μm厚のAl
InP電流ブロック層201と0.7μm厚のn-GaAs電流
ブロック層202との組み合わせに変更されている。具
体的には、図2に示すように、AlInP電流ブロック層2
01がp-GaInPエッチングストッパ層107の上面の一
部と、p-AlGaInPクラッド層109、p-GaInPへテロバッ
ファ層110、及びp-GaAsキャップ層111の各側面と
を覆っている。
The second embodiment differs from the first embodiment in the structure of the current blocking layer. In the second embodiment,
The n-GaAs current block layer 108 of FIG.
The configuration is changed to a combination of an InP current block layer 201 and an n-GaAs current block layer 202 having a thickness of 0.7 μm. Specifically, as shown in FIG. 2, the AlInP current blocking layer 2
Numeral 01 covers a part of the upper surface of the p-GaInP etching stopper layer 107 and side surfaces of the p-AlGaInP cladding layer 109, the p-GaInP heterobuffer layer 110, and the p-GaAs cap layer 111.

【0021】図1の第一実施形態に使用するn-GaAs電流
ブロック層108は発振光を吸収するため損失が大き
い。これに対し、第二実施形態に使用するAlInP電流ブ
ロック層201は発振光に対し透明であるため、レーザ
発振に対するモード損失を小さくすることができる。
The n-GaAs current blocking layer 108 used in the first embodiment shown in FIG. 1 absorbs oscillation light and has a large loss. On the other hand, since the AlInP current blocking layer 201 used in the second embodiment is transparent to the oscillating light, the mode loss for laser oscillation can be reduced.

【0022】自励発振を得るには可飽和吸収層の損失に
対するモード損失の割合を小さくすることが効果的であ
り、AlInP透明導波路を用いることで、自励発振を得や
すくなる。その結果、第一実施形態と同様に高温領域ま
で自励発振を維持することが可能であると共に、第一実
施形態よりも更に広い動作範囲で自励発振を実現するこ
とが可能となる。
To obtain self-sustained pulsation, it is effective to reduce the ratio of the mode loss to the loss of the saturable absorber layer. Use of an AlInP transparent waveguide facilitates self-sustained pulsation. As a result, the self-sustained pulsation can be maintained up to a high temperature region as in the first embodiment, and the self-sustained pulsation can be realized in a wider operation range than in the first embodiment.

【0023】上記において、AlInP電流ブロック層20
1の成長後の表面酸化等を避けるため、AlInP電流ブロ
ック層201の層厚をレーザ発振光のしみ出し分程度の
厚さに抑え、その上に保護層としてn-GaAs電流ブロック
層202を形成した。
In the above, the AlInP current blocking layer 20
In order to avoid surface oxidation or the like after the growth of 1, the thickness of the AlInP current block layer 201 is suppressed to a thickness that allows the laser oscillation light to exude, and an n-GaAs current block layer 202 is formed thereon as a protective layer. did.

【0024】図3は、可飽和吸収層104を井戸層とガ
イド層とで構成した場合のヘテロ障壁の差を説明するた
めのバンド構造図である。ただし、簡単のために、アン
ドープ、無バイアス状態のバンド構造を示す。
FIG. 3 is a band structure diagram for explaining a difference in hetero barrier when the saturable absorption layer 104 is composed of a well layer and a guide layer. However, for the sake of simplicity, a band structure in an undoped and unbiased state is shown.

【0025】同図に示すように、n-AlGaInPクラッド層
103a上にn-AlGaInP可飽和吸収層104が形成され
るが、この可飽和吸収層104は、可飽和吸収層となる
井戸層104aと井戸層104aへの光閉じ込めを高め
るためのガイド層104bとから構成される。具体的に
は、井戸層104aが厚さ5nm、+0.9圧縮歪みの
n-GaInPから構成され、ガイド層104bが厚さ50nm
のn-AlGaInPから構成される。井戸層104aのバンド
ギャップはレーザ発振光のエネルギーとほぼ同等か、レ
ーザ発振光のエネルギーよりも小さく設定される。
As shown in FIG. 1, an n-AlGaInP saturable absorbing layer 104 is formed on an n-AlGaInP cladding layer 103a. The saturable absorbing layer 104 is formed by a well layer 104a serving as a saturable absorbing layer. And a guide layer 104b for enhancing light confinement in the well layer 104a. Specifically, the well layer 104a has a thickness of 5 nm and a compressive strain of +0.9.
The guide layer 104b is made of n-GaInP and has a thickness of 50 nm.
Of n-AlGaInP. The band gap of the well layer 104a is set substantially equal to the energy of the laser oscillation light or smaller than the energy of the laser oscillation light.

【0026】このようにMQW活性層105のn−クラ
ッド層103a側に井戸層104a及びガイド層104
bからなる可飽和吸収層104を形成することで、上述
したように、光閉じこめ効果が高まると共に、MQW活性
層105のn−クラッド層103b側のヘテロ障壁がp
-クラッド層106側よりも大きくなり、更に、MQW
活性層105内での少数キャリアであるホールの有効質
量は電子に比べて数倍大きく状態密度が大きいため、MQ
W活性層105内でのホールが高エネルギー領域まで分
布しない。従って、高温でもMQW活性層105から可飽
和吸収層104へのキャリアの流入が抑制されオーバー
フローが起こりにくくなる。
As described above, the well layer 104a and the guide layer 104 are provided on the n-clad layer 103a side of the MQW active layer 105.
By forming the saturable absorption layer 104 made of b, as described above, the light confinement effect is enhanced, and the hetero barrier on the n-cladding layer 103b side of the MQW active layer 105 becomes p-type.
-Larger than the cladding layer 106 side,
The effective mass of holes, which are minority carriers, in the active layer 105 is several times larger than that of electrons, and the state density is large.
Holes in the W active layer 105 do not distribute to a high energy region. Therefore, even at a high temperature, the flow of carriers from the MQW active layer 105 to the saturable absorption layer 104 is suppressed, and overflow does not easily occur.

【0027】なお、第一実施形態及び第二実施形態はAl
GaInP系について説明したが、他の化合物半導体材料、
例えば、AlGaAs系、AlGaInN系統でも同様な効果が期待
できる。
The first embodiment and the second embodiment use Al
The GaInP system was explained, but other compound semiconductor materials,
For example, a similar effect can be expected in an AlGaAs or AlGaInN system.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
n型クラッド層中に圧縮歪みを有する可飽和吸収層を設
けることにより、活性層とn型クラッド層との間のヘテ
ロ障壁を活性層とp型クラッド層との間のヘテロ障壁よ
りも大きくすることができ、高温でも活性層から可飽和
吸収層へのキャリアの流入が抑制され、自励発振が起こ
りやすくなる。更に、可飽和吸収層に圧縮歪みが印加さ
れることにより、エネルギーバンド構造が変化し、少数
キャリアであるホールの状態密度が小さくなる。これに
より可飽和が起こり易くなり、自励発振が更に起こりや
すくなる。
As described above, according to the present invention,
By providing a saturable absorbing layer having a compressive strain in the n-type cladding layer, the hetero barrier between the active layer and the n-type cladding layer is made larger than the hetero barrier between the active layer and the p-type cladding layer. Even at a high temperature, the flow of carriers from the active layer to the saturable absorbing layer is suppressed, and self-sustained pulsation easily occurs. Further, when compressive strain is applied to the saturable absorption layer, the energy band structure changes, and the density of states of holes, which are minority carriers, decreases. As a result, saturability is more likely to occur, and self-excited oscillation is more likely to occur.

【0029】さらに、発振光に対して透明な半導体材料
(例えばAlInP)を電流ブロック層に用いることによ
り、可飽和吸収層の損失に対するモード損失の割合を小
さくすることができる。その結果、自励発振を得やすく
なり、より広い動作範囲で自励発振を実現することが可
能となる。
Further, by using a semiconductor material (for example, AlInP) transparent to oscillation light for the current blocking layer, the ratio of the mode loss to the loss of the saturable absorbing layer can be reduced. As a result, self-sustained pulsation can be easily obtained, and self-sustained pulsation can be realized in a wider operation range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明による自励発振型半導体レーザの第一
実施形態を示す模式的斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a first embodiment of a self-pulsation type semiconductor laser according to the present invention.

【図2】 本発明による自励発振型半導体レーザの第二
実施形態を示す模式的斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view showing a second embodiment of the self-pulsation type semiconductor laser according to the present invention.

【図3】 可飽和吸収層104を井戸層とガイド層とで
構成した場合のヘテロ障壁の差を説明するためのバンド
構造図である。
FIG. 3 is a band structure diagram for explaining a difference in hetero-barrier when the saturable absorption layer 104 is composed of a well layer and a guide layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 n-GaAs基板 102 n-GaAsバッファ層 103a、103b n-AlGaInPクラッド層 104 n-AlGaInP可飽和吸収層 105 MQW活性層 106 p-AlGaInPクラッド層 107 p-GaInPエッチングストッパ層 108 n-GaAs電流ブロック層 109 p-AlGaInPクラッド層 110 p-GaInPへテロバッファ層 111 p-GaAsキャップ層 112 p-GaAsコンタクト層 113 p電極 114 n電極 201 AlInP電流ブロック層 202 n-GaAs電流ブロック層 101 n-GaAs substrate 102 n-GaAs buffer layer 103a, 103b n-AlGaInP cladding layer 104 n-AlGaInP saturable absorption layer 105 MQW active layer 106 p-AlGaInP cladding layer 107 p-GaInP etching stopper layer 108 n-GaAs current block Layer 109 p-AlGaInP cladding layer 110 p-GaInP hetero buffer layer 111 p-GaAs cap layer 112 p-GaAs contact layer 113 p electrode 114 n electrode 201 AlInP current blocking layer 202 n-GaAs current blocking layer

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、少なくともn型クラッド層、
活性層、及びp型クラッド層からなるダブルへテロ構造
が積層形成された自励発振型半導体レーザにおいて、 前記n型クラッド層中にn型半導体からなり圧縮歪みを
有する可飽和吸収層を設けたことを特徴とする自励発振
型半導体レーザ。
1. At least an n-type cladding layer on a substrate,
In a self-pulsation type semiconductor laser in which a double hetero structure composed of an active layer and a p-type cladding layer is laminated, a saturable absorption layer composed of an n-type semiconductor and having compressive strain is provided in the n-type cladding layer. A self-pulsation type semiconductor laser characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記可飽和吸収層のバンドギャップが、
レーザ発振光の発振波長エネルギに略等しいか、あるい
は前記レーザ発振光の発振波長エネルギよりも小さいこ
とを特徴とする請求項1記載の自励発振型半導体レー
ザ。
2. A band gap of the saturable absorbing layer,
2. The self-excited oscillation type semiconductor laser according to claim 1, wherein the oscillation wavelength energy of the laser oscillation light is substantially equal to or smaller than the oscillation wavelength energy of the laser oscillation light.
【請求項3】 前記可飽和吸収層への光閉じこめを高め
るためのガイド層が更に設けられていることを特徴とす
る請求項1又は2に記載の自励発振型半導体レーザ。
3. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 1, further comprising a guide layer for enhancing light confinement in the saturable absorption layer.
【請求項4】 前記可飽和吸収層の前記圧縮歪みの歪み
量は、臨界膜厚以内であることを特徴とする請求項1な
いし3のいずれかに記載の自励発振型半導体レーザ。
4. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 1, wherein an amount of the compressive strain of the saturable absorption layer is within a critical film thickness.
【請求項5】 前記基板はn型GaAsからなり、当該基板
上に、n型AlGaInPからなる前記n型クラッド層、多重
量子井戸からなる前記活性層、p型AlGaInPからなる前
記p型クラッド層が、この順に形成されたダブルヘテロ
構造を有することを特徴とする請求項1ないし4のいず
れかに記載の自励発振型半導体レーザ。
5. The substrate is made of n-type GaAs, and the n-type clad layer made of n-type AlGaInP, the active layer made of multiple quantum wells, and the p-type clad layer made of p-type AlGaInP are formed on the substrate. 5. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 1, which has a double hetero structure formed in this order.
【請求項6】 基板上に、少なくともn型クラッド層、
活性層、及びp型クラッド層からなるダブルへテロ構造
を有し、前記p型クラッド層がメサストライプ形状を有
する自励発振型半導体レーザにおいて、 前記n型クラッド層中にn型半導体からなる可飽和吸収
層が設けられ、且つ前記メサストライプ形状のp型クラ
ッド層の両側が電流ブロック層で挟まれていることを特
徴とする自励発振型半導体レーザ。
6. At least an n-type cladding layer on a substrate,
In a self-pulsation type semiconductor laser having a double hetero structure including an active layer and a p-type cladding layer, wherein the p-type cladding layer has a mesa stripe shape, the n-type cladding layer may include an n-type semiconductor. A self-sustained pulsation type semiconductor laser comprising a saturation absorption layer, and both sides of the mesa stripe-shaped p-type cladding layer are sandwiched between current blocking layers.
【請求項7】 前記電流ブロック層は、発振光に対し透
明な半導体材料からなることを特徴とする請求項6記載
の自励発振型半導体レーザ。
7. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 6, wherein said current blocking layer is made of a semiconductor material transparent to oscillation light.
【請求項8】 前記透明な半導体材料は、AlGaInP及びA
lInPから選択された材料であることを特徴とする請求項
7記載の自励発振型半導体レーザ。
8. The transparent semiconductor material comprises AlGaInP and A
The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 7, wherein the self-pulsation type semiconductor laser is a material selected from lInP.
【請求項9】 前記電流ブロック層の層厚は、レーザ発
振光のしみ出し分程度の厚さであることを特徴とする請
求項7記載の自励発振型半導体レーザ。
9. The self-pulsation type semiconductor laser according to claim 7, wherein the thickness of the current blocking layer is about the amount of exudation of laser oscillation light.
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